南京大學(xué)王英課題組以Mo-MOF和Cd-MOF為前驅(qū)體，在二維大尺寸MoS2上原位生長CdS 納米顆粒構(gòu)建了MoS2/CdS光催化體系。助催化劑MoS2含有金屬性質(zhì)的1T相，CdS導(dǎo)帶及硫空位能級上的光生電子可以快速轉(zhuǎn)移到MoS2上，極大提高電子空穴分離能力和電子傳導(dǎo)率。MoS2/CdS的產(chǎn)氫活性接近同載量貴金屬Pt為助催化劑時的2倍。
圖1 MoS2/CdS光催化體系的示意圖及電荷轉(zhuǎn)移機理 圖2 (a) H2產(chǎn)量隨時間變化曲線 (b) 4小時內(nèi)光催化產(chǎn)氫速率 利用可見光活性的半導(dǎo)體光催化劑分解水產(chǎn)生清潔能源H2是最有希望解決環(huán)境污染和能源短缺問題的可持續(xù)方法之一。大多數(shù)光催化劑需要擔(dān)載貴金屬如Pt、Pd等助催化劑，快速傳遞電子以減少復(fù)合，以提高光催化劑的產(chǎn)氫活性。但是受限于它們的昂貴價格及有限資源，尋找更加經(jīng)濟的非貴金屬助催化劑至關(guān)重要。1T相MoS2具有金屬導(dǎo)電性，同時其表面和邊緣均具有作為活性位點的不飽和配位硫原子，是一種理想的非貴金屬助催化劑。目前，合成1T-MoS2的方法大都過程復(fù)雜且產(chǎn)率較低，生成的處于亞穩(wěn)態(tài)的1T-MoS2很容易向穩(wěn)定的2H-MoS2轉(zhuǎn)變。因此，需要開發(fā)一種合成步驟簡單、產(chǎn)率較高且能獲得穩(wěn)定1T-MoS2的方法。 MOF衍生納米材料（MDNM）是以MOF為前驅(qū)體通過化學(xué)反應(yīng)生成的納米材料。MDNMs不僅繼承了MOF前驅(qū)體的高表面積特性，而且具有更好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，還可以通過控制合成條件引入的豐富的缺陷作為活性中心。 基于上述思路，南京大學(xué)王英課題組以Mo-MOF為前驅(qū)體研制了含有穩(wěn)定1T相MoS2二維材料，并在此二維MoS2表面將Cd-MOF原位硫化為CdS 納米晶，同時引入大量硫空位，構(gòu)建了雙MOF衍生MoS2/CdS光催化體系。該合成策略調(diào)節(jié)了CdS光催化析氫的能帶結(jié)構(gòu)和電子傳輸動力學(xué)。Cd-MOF衍生的CdS中的不飽和硫原子作為硫空位能級可束縛電子，提高了電子空穴分離能力。1T-MoS2助催化劑的存在使電荷傳輸速率大大增加，進一步抑制了電子與空穴的復(fù)合。樣品1%MoS2/CdS的產(chǎn)氫活性是CdS的28倍，接近同載量貴金屬Pt作為助催化劑時的2倍。本研究利用雙MOF前驅(qū)體衍生的復(fù)合硫化物光催化體系實現(xiàn)了穩(wěn)定的太陽能分解水產(chǎn)氫，這為構(gòu)筑高效雙金屬硫化物光催化材料并調(diào)控其結(jié)構(gòu)提供了新方法。 論文信息 Dual MOF-derived MoS2/CdS Photocatalysts with Rich Sulfur Vacancies for Efficient Hydrogen Evolution Reaction Jinyan Shi, Le yang, Jie Zhang, Zejin Wang, Wenbo Zhu, Ying Wang, Zhigang Zou 該文收錄于《歐洲化學(xué)》“南京大學(xué)120周年校慶”特輯。 Chemistry – A European Journal DOI: 10.1002/chem.202202019
